CN108315549B - 一种脉冲电流作用下老化双相不锈钢性能再生的方法 - Google Patents

Abstract

一种脉冲电流作用下老化双相不锈钢性能再生的方法，属于金属材料处理领域。本发明确定老化双相不锈钢的老化程度，将老化的双相不锈钢用夹具固定在脉冲电源上，持续施加脉冲直至相应时间，对老化的双相不锈钢进行脉冲处理，根据评估的双相不锈钢的老化脆化程度确定脉冲电流参数及脉冲电流作用时间参数；脉冲处理的参数范围：频率1～200Hz，脉宽20μs～1ms，电流10～2000A，作用时间1～6h。本发明可以“原位”对已发生老化脆化的双相不锈钢进行处理，使已老化的双相不锈钢的性能恢复到未老化的状态，同时还可以进一步降低消除双相不锈钢老化脆化所需要的温度，节约大量能源。

Description

一种脉冲电流作用下老化双相不锈钢性能再生的方法

技术领域

本发明属于金属材料处理领域，具体涉及一种脉冲电流作用下老化双相不锈钢性能再生的方法。

背景技术

核能作为一种最为清洁、安全、稳定的能源，已成为世界各国竞相发展的对象。目前，我国核电站在建数量和计划装机总容量均居世界第一。我国已建成和计划建设的核电站堆型中很大一部分是采用压水堆。第二代压水堆核电站的一回路主管道和主泵壳均采用双相不锈钢作为制造材料，双相不锈钢不仅具有优异的抗热裂纹、耐腐蚀、抗应力腐蚀开裂性能，而且拥有良好的机械性能和可加工性。但是，当双相不锈钢长期在280～500℃的温度范围服役时，由于铁素体发生调幅分解生成富Cr的α′相和富Fe的α相，会导致双相不锈钢产生老化脆化，具体表现为材料的硬度和强度增加，韧性严重下降，韧脆转变温度升高，材料发生脆性断裂的概率增大。双相不锈钢老化脆化的程度与双相不锈钢服役的温度环境和服役时间有密不可分的关系。双相不锈钢的老化脆化一方面给核电站的运行带来严重的安全隐患，另一方面也使得核电站关键构件的使用寿命大大缩短。

目前，针对于双相不锈钢老化脆化性能再生的研究还局限于传统的方法即固溶处理及退火热处理。固溶处理是将已发生老化脆化的双相不锈钢加热到1000～1100℃进行重新固溶处理，将双相钢在长期服役过程中生成的脆生相重新溶解到基体中。这种传统的固溶处理方法容易改变材料的结构组织，同时过高的温度容易使核电构件发生变形，而且进行固溶处理需要高温炉，此方法成本较高且严重浪费能源，不符合当前绿色生产加工的技术需求。

退火热处理是另一种传统消除双相钢老化脆化的方法。专利(CN 103014260A)公开了一种消除双相不锈钢低温老化脆化的方法，该发明针对双相不锈钢不同铁素体含量及不同的样品尺寸，确定了消除双相不锈钢低温时效脆性的退火温度范围为520～620℃，退火时间为30～90分钟。退火热处理固然可以消除双相不锈钢的老化脆化现象，但是核电站的关键部件是终生不可替换的，这种“非原位”的对老化脆化的双相不锈钢进行退火热处理耗资巨大，且存在一定的风险。

脉冲电流作为一种瞬时高能的特殊处理手段，它可对老化双相不锈钢中的脆生相的分布和形态产生一定影响，从而达到消除老化双相不锈钢低温老化脆化的目的。更为关键的是脉冲电流可以“原位”对老化脆化的双相不锈钢进行处理，这是传统的固溶处理和退火处理所不具有的优势，同时脉冲电流可以降低消除双相不锈钢脆性所需要的温度。本发明通过精确控制脉冲电流参数和脉冲电流作用时间等条件，可使老化的双相不锈钢的性能得到恢复，从而保障核电站的安全运行和延长关键部件的使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种非传统的处理手段即脉冲电流作用下老化双相不锈钢性能再生方法。利用该方法能消除长期老化导致的双相不锈钢脆化问题，使已发生老化脆化材料的性能能够得到极大程度的恢复，从而达到延长核电关键部件使用寿命的目的。

本发明的组成：长期在280～500℃服役的双相不锈钢会发生老化脆化，通过控制脉冲电流参数：频率1～200Hz，脉宽20μs～1ms，电流10～2000A，作用时间1～6h。通过脉冲电流可消除铁素体内调幅分解产生的脆生相，从而达到消除老化双相不锈钢脆化问题的目的。

一种消除双相不锈钢老化脆化的方法，对老化的双相不锈钢进行脉冲处理，所述脉冲处理的参数范围：频率1～200Hz，脉宽20μs～1ms，电流10～2000A，作用时间1～6h。

进一步的，所描述的脉冲电流消除双相不锈钢老化脆化的方法，所述的脉冲处理具体的步骤由以下构成：

(1)确定老化双相不锈钢的老化程度，根据评估的双相不锈钢的老化脆化程度确定脉冲电流参数及脉冲电流作用时间等参数。

(2)将老化的双相不锈钢用夹具固定在脉冲电源上，持续施加脉冲直至相应时间。

根据双相不锈钢的老化程度来选择合适的脉冲电流参数及脉冲电流作用时间：双相不锈钢475℃老化时效500h，脉冲电流参数选择为150Hz，180μs，200A，作用时间为1h；双相不锈钢475℃老化时效1000h，脉冲电流参数选择为160Hz，180μs，200A，作用时间为4h；双相不锈钢400℃老化时效20000h，脉冲电流参数选择为195Hz，180μs，200A，作用时间为4h。

所述脉冲处理所采用的设备为脉冲电源。

所述老化双相不锈钢进行脉冲处理均在室温条件下进行。

本发明的优点是与现有的消除双相不锈钢老化脆化的方法相比，本发明可以“原位”对已发生老化脆化的双相不锈钢进行处理，使已老化的双相不锈钢的性能恢复到未老化的状态，同时还可以进一步降低消除双相不锈钢老化脆化所需要的温度，节约大量能源。

附图说明

图1为实施例3选用的双相不锈钢脉冲处理前后组织变化图。

具体实施方式

实施例1：

本实施例对在475℃老化时效500h的双相不锈钢进行脉冲电流处理。具体步骤如下：

第一步：根据双相不锈钢的老化程度，确定脉冲电流的参数范围，经过优化参数，确定最佳脉冲电流参数为150Hz，180μs，200A，作用时间为1h。

第二步：将老化时效的双相不锈钢用夹具固定在脉冲电源输出端，在室温条件下进行1h的脉冲电流处理。

第三步：利用纳米压痕测定脉冲电流处理后双相不锈钢中铁素体的硬度，与未脉冲电流处理的试样进行对比。如表1所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，双相不锈钢中发生调幅分解的铁素体的硬度恢复到未老化的状态。

实施例2：

本实施例对在475℃老化时效1000h的双相不锈钢进行脉冲电流处理。具体步骤如下：

第一步：根据双相不锈钢的老化程度，确定脉冲电流的参数范围，经过优化参数，确定最佳脉冲电流参数为160Hz，180μs，200A，作用时间为4h。

第二步：将老化时效的双相不锈钢用夹具固定在脉冲电源输出端，在室温条件下进行4h的脉冲电流处理。

第三步：利用纳米压痕测定脉冲电流处理后双相不锈钢中铁素体的硬度，与未脉冲电流处理的试样进行对比。如表1所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，双相不锈钢中发生调幅分解的铁素体的硬度恢复到未老化的状态。

实施例3：

本实施例对在400℃老化时效20000h的铸造双相不锈钢进行脉冲电流处理。具体步骤如下：

第一步：根据双相不锈钢的老化程度，确定脉冲电流的参数范围，经过优化参数，确定最佳脉冲电流参数为195Hz，180μs，200A，作用时间为4h。

第二步：将老化时效的双相不锈钢用夹具固定在脉冲电源输出端，在室温条件下进行4h的脉冲电流处理。

第三步：利用纳米压痕测定脉冲电流处理后双相不锈钢中铁素体的硬度，与未脉冲电流处理的试样进行对比。如表1所示，采用本发明的脉冲电流处理方法后，双相不锈钢中发生调幅分解的铁素体的硬度恢复到未老化的状态。同时，对脉冲处理前后双相不锈钢的组织进行透射电镜分析，如图1所示，可以发现，老化脆化的双相钢调幅分解的组织已被大部分消除，韧性得到恢复。

表1实施例选用双相不锈钢的铁素体硬度的变化

	未老化时效	长期老化时效后	脉冲电流处理后
				实施例1	3.2725±0.20GPa	4.3060±0.16GPa	2.7080±0.32GPa
实施例2	3.0789±0.19GPa	4.8280±0.18GPa	2.8380±0.28GPa
				实施例3	3.1987±0.22GPa	7.7185±0.19GPa	3.0984±0.12GPa

以上所述，仅为本发明部分老化双相不锈钢试样的最佳具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构想加以等同替换相近材料、设备或调整相关技术参数，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种消除双相不锈钢老化脆化的方法，对老化的双相不锈钢进行脉冲处理，其特征在于所述脉冲处理的参数范围：频率1～200Hz，脉宽20μs～1ms，电流10～2000A，作用时间1～6h；

所述的脉冲处理具体的步骤由以下构成：

(1)确定老化双相不锈钢的老化程度，根据评估的双相不锈钢的老化脆化程度确定脉冲电流参数及脉冲电流作用时间参数；

(2)将老化的双相不锈钢用夹具固定在脉冲电源上，持续施加脉冲直至相应时间；

所述老化双相不锈钢进行脉冲处理均在室温条件下进行；

根据双相不锈钢的老化程度来选择合适的脉冲电流参数及脉冲电流作用时间：双相不锈钢475℃老化时效500h，脉冲电流参数选择为150Hz，180μs，200A，作用时间为1h；双相不锈钢475℃老化时效1000h，脉冲电流参数选择为160Hz，180μs，200A，作用时间为4h；双相不锈钢400℃老化时效20000h，脉冲电流参数选择为195Hz，180μs，200A，作用时间为4h。

2.如权利要求1所述的消除双相不锈钢老化脆化的方法，其特征在于所述脉冲处理所采用的设备为脉冲电源。